‘떠돌이’ 행성 찾아라!…케플러 망원경의 새 미션

태양계 너머의 외계행성을 찾는 데 기념비적인 성과를 거둔 미국항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경이 이번 주부터 떠돌이 행성 찾기 미션에 들어간다고 우주전문 사이트 스페이스닷컴이 9일(현지시간) 보도했다.

떠돌이 행성이란 우리 지구의 태양 같은 모항성이 없이 우주공간이 떠돌아다니는 행성을 말한다. 성간행성, 유목민행성, 자유부동행성, 또는 고아행성으로도 불리는 이 떠돌이 행성이 우주공간에 얼마나 많이 있는가 알아내라는 것이 케플러 망원경이 부여받은 새 미션이다.

모항성의 중력권 내에서 공전하지 않는 이들 떠돌이 행성은 그렇다고 제멋대로 떠돌아다니는 것은 아니다. 홀로 외로이 은하 중심에 대하여 공전하고 있는 것이다.

과학자들이 떠돌이 행성이 원래는 모항성 둘레를 돌다가 어떤 이유로 중력 균형을 잃어버려 튕겨져나왔거나, 애초에 성간물질들이 중력으로 뭉쳐져 항성이나 갈색왜성처럼 홀로 태어났을 것으로 믿고 있다. 그런데 이런 떠돌이 행성이 우주공간에 얼마나 있는지는 아직까지 알려져 있지 않은 상태다.

천문학자들이 떠돌이 행성을 발견하기 위해 사용하는 방법은 미세중력렌즈(microlensing) 기법이다. 망원경 쪽으로 진행하는 별빛이 중간에 보이지 않는 천체를 지나칠 때 빛이 해당 천체의 중력으로 굴절되는 현상을 미세중력 렌즈 효과라 한다.

NASA 제트추진연구소(JPL)의 천문학자 캘런 핸더슨 박사는 “이 같은 별빛의 렌즈 효과는 빛이 경과하는 천체의 질량에 따라 달라진다”면서 “일반적으로 빛의 굴절이 짧은 시간 동안 일어나면 그 천체의 질량은 가볍다는 뜻”이라고 설명했다.

또 “떠돌이 행성에 의해 일어나는 렌즈 효과 시간은 몇 시간 또는 며칠 지속되기도 한다”면서 “만약 당신이 한 천체를 모니터링한다면, 그러한 렌즈 효과를 정말 아주 드물게밖에는 발견할 수 없을 것”이라고 말했다.

이어 “한 개의 항성에서 이러한 렌즈 효과를 발견할 비율은 평균 30만 년에서 한 번 꼴”이라고 덧붙였다.​

이처럼 미세중력 렌즈 효과를 찾기란 사막에서 바늘찾기처럼 어려운 일이라 지난 몇십 년간 이 기법의 개발은 거의 숫자 놀음 수준에서 벗어나지 못했다. 그러나 지상 망원경으로 수천만 혹은 수억 개의 별에 초점을 맞추어 탐색을 해본 결과 짧은 시간의 렌즈 효과를 찾을 수 있는 확률을 지속적으로 높여나갈 수 있었다.

별의 광도 변화에는 여러 원인이 있을 수 있는데, 예컨대 별 자체의 플레어 폭발이나 주기적이 대격동에 의해 별빛의 밝기가 변하는 경우가 있는 반면, 별의 앞으로 어떤 천체가 지나가면서 별빛을 가리는 경우에도 별빛을 휘게 하며 별의 광도에 변화가 나타난다.

핸더슨 박사는 “우리가 앞으로 K2팀으로 하고자 하는 일은 떠돌이 행성으로 인해 일어나는 이러한 렌즈 효과를 찾아내는 것”이라면서 “우리는 지상 관측과 연계하여 렌즈 효과를 찾아내고, 그에 근거해 렌즈 효과를 일으키는 천체의 질량을 계산해낼 것”이라고 말했다.

또 “이것은 실제적으로 이러한 천체들의 질량을 측정하는 최초의 기회이자, 해당 외계행성이 모항성에 중력적으로 묶여 있는가의 여부를 밝혀내는 최초의 기회가 될 것”이라고 설명했다.

어쨌든 이 렌즈 효과 기법을 사용하면 토성 크기나 혹은 그보다 더 큰 떠돌이 행성을 찾아내기란 그리 어렵지 않을 것으로 과학자들은 믿고 있다. K2의 떠돌이 행성 사냥은 오는 14일부터 시작되어 7월1일까지 계속될 예정이다.

한편 이번 프로젝트에 관한 공식 보고서는 지난 1월에 있었던 미국천문학회 올란도 회의에서 발표되었다.

사진=NASA/JPL-Caltech

이광식 통신원 joand999@naver.com